Ученые Массачусетского технологического института открыли новый способ производства водородного топлива, используя только банки из-под газировки, морскую воду и кофейную гущу. Команда утверждает, что химическая реакция может быть использована для питания двигателей или топливных элементов в морских транспортных средствах, которые всасывают морскую воду.
Водород играет важную роль в декарбонизации производства энергии - он полностью сгорает, обладает высокой энергетической плотностью, и при использовании в топливных элементах единственным побочным продуктом является вода. Но одним из основных препятствий является то, что его трудно хранить и транспортировать, поскольку крошечные молекулы имеют тенденцию просачиваться прямо через контейнеры и трубы. Это не только означает потери, но и избыток водорода может нанести ущерб атмосфере.
Но будущие системы, основанные на новой технологии MIT, могут эффективно производить водород по требованию прямо в транспортном средстве. Единственное, что нужно возить и хранить - это алюминиевые гранулы, которые гораздо более стабильны и с которыми легче работать.
В ходе испытаний одна гранула алюминия весом всего 0,3 г, помещенная в деионизированную воду, произвела 400 мл водорода всего за пять минут. Команда подсчитала, что при увеличении масштаба один грамм гранул может генерировать 1,3 литра водорода за пять минут.
Метод основан на довольно простой химической реакции: алюминий очень сильно реагирует на кислород. Поэтому, когда вы окунаете его в воду, он быстро вымывает O из H2O, оставляя молекулярный водород, который пузырится. Проблема в том, что этот процесс обычно длится недолго. По мере того, как это происходит, на поверхности металла образуется тонкий слой оксида алюминия, блокируя дальнейшее взаимодействие чистого алюминия с кислородом.
Предыдущие исследования показали, что смешивание с другими металлами, такими как галлий, может разрушить слой оксида алюминия по мере его формирования. В этом случае команда предварительно обработала алюминиевые гранулы сплавом галлия и индия, что позволило реакции длиться дольше.
Потенциальным недостатком является то, что галлий и индий редки и дороги. Но исследователи обнаружили, что проведение реакции в ионном растворе привело к тому, что сплав слипся в форму, которую можно использовать повторно. Удобно, что морская вода является ионным раствором.
Следующая проблема заключалась в том, что реакция в морской воде протекала гораздо медленнее, и требовалось около двух часов, чтобы получить то количество водорода, которое в пресной воде производилось за пять минут. В ходе экспериментов на помощь пришел неожиданный ингредиент. Когда команда бросила немного старой кофейной гущи, реакция значительно ускорилась, вернувшись к пяти минутам. При более внимательном рассмотрении ключ был идентифицирован как имидазол, соединение в кофеине.
Исследователи предполагают, что их рецепт ляжет в основу практического водородного реактора, который может быть особенно полезен для питания морских транспортных средств. Первым испытанием идеи станет небольшой подводный аппарат, который, по их расчетам, сможет работать до 30 дней подряд, перекачивая морскую воду из окружающей среды через реактор, содержащий около 18 кг алюминиевых гранул.
